如何為您的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用找到理想的傳感器

模擬和數(shù)字傳感器具有長期的穩(wěn)定性，精度和可靠性

運(yùn)動(dòng)控制和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工程師帶來了眾多挑戰(zhàn)。例如，他們必須與工廠設(shè)置中發(fā)現(xiàn)的過多污垢和灰塵作斗爭。 此外，傳送帶和取放系統(tǒng)可能會出現(xiàn)高振動(dòng)或沖擊力峰值，從而威脅到電路傳感器的穩(wěn)定性。 所選的磁傳感系統(tǒng)必須具有出色的耐用性，以確保應(yīng)用范圍內(nèi)的長期準(zhǔn)確性和可靠性。

在項(xiàng)目規(guī)劃期間，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)對工業(yè)應(yīng)用的環(huán)境，機(jī)械，電氣和磁參數(shù)進(jìn)行徹底的審查。 工程師應(yīng)分析工業(yè)應(yīng)用的全磁路-包括傳感器和磁致動(dòng)器。 考慮到所有關(guān)鍵因素，工程師可能會建議使用功能強(qiáng)大的定制傳感器，以滿足工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的獨(dú)特要求。

本文將討論如何為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用選擇高度準(zhǔn)確和可靠的傳感器。在定義和描述了幾種模擬和數(shù)字傳感器的優(yōu)點(diǎn)之后，它將提供利用這些器件的工業(yè)應(yīng)用的示例。

模擬旋轉(zhuǎn)和線性霍爾效應(yīng)傳感器提供穩(wěn)定性和精度

模擬傳感器允許最終用戶獲得有關(guān)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中磁體位置的即時(shí)反饋。 過去，模擬霍爾效應(yīng)傳感器測量磁體的磁通密度，并且受應(yīng)用溫度值的影響很大。 模擬霍爾效應(yīng)技術(shù)的最新進(jìn)展使霍爾效應(yīng)芯片能夠測量通量場的角度，而不是傳統(tǒng)的幅度，從而使其對溫度變化的敏感性大大降低。 現(xiàn)在，霍爾效應(yīng)傳感器可在很大的溫度范圍內(nèi)提供非常穩(wěn)定的模擬輸出。

以下霍爾效應(yīng)傳感器非常適合定制模擬傳感應(yīng)用：

旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)傳感器不使用任何運(yùn)動(dòng)部件，這種基于半導(dǎo)體的傳感器將霍爾效應(yīng)傳感元件與電路相結(jié)合，以提供與旋轉(zhuǎn)磁場變化相對應(yīng)的模擬輸出信號。 旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)傳感器提供兩個(gè)輸出選項(xiàng)：模擬或脈沖寬度調(diào)制（PWM）。 該器件是可編程的，因此工程師可以將特定的輸出電壓或PWM與精確的旋轉(zhuǎn)度相關(guān)聯(lián)。

多個(gè)編程點(diǎn)最多可旋轉(zhuǎn)360度。每個(gè)編程點(diǎn)代表與給定磁場角度相對應(yīng)的電壓或PWM輸出值。這就產(chǎn)生了相對于旋轉(zhuǎn)度的高精度、高分辨率的比率測量輸出信號。

優(yōu)點(diǎn)：

● 不會像機(jī)械旋轉(zhuǎn)或電阻膜旋轉(zhuǎn)裝置那樣經(jīng)歷電阻值變化或機(jī)械磨損

● 在高達(dá)+105°C的正常工作溫度下提供卓越的穩(wěn)定性

● 提供0.5-4.5 VDC輸出或PWM占空比10-90％的0-360度旋轉(zhuǎn)精度

應(yīng)用：

● 更換電阻膜和電位器機(jī)械裝置，它們可能會出現(xiàn)磨損和氧化問題，從而導(dǎo)致控制單元的信號丟失。

● 運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用包括測量流體中擋板閥的角度和精確控制流速

● 檢測控制電路中的撥盤位置

線性霍爾效應(yīng)傳感器

線性霍爾效應(yīng)傳感器測量磁場的線性運(yùn)動(dòng)，而不是旋轉(zhuǎn)。 該傳感器可針對設(shè)定的輸出電壓進(jìn)行編程，該輸出電壓對于給定的行進(jìn)距離是成比例的。 （其輸出選項(xiàng)與旋轉(zhuǎn)式霍爾效應(yīng)傳感器相同。）該傳感器使用單個(gè)霍爾效應(yīng)芯片可測量磁致動(dòng)器的線性運(yùn)動(dòng)和相對磁通角，最大行程為30 mm。 這導(dǎo)致相對于傳感器精確運(yùn)動(dòng)的比例輸出信號。

優(yōu)點(diǎn)：

●傳感器和執(zhí)行器可以放置在應(yīng)用程序的最終安裝區(qū)域中（包括其附近環(huán)境的所有磁性影響）

●這種安裝位置允許工程師優(yōu)化應(yīng)用程序的輸出信號，因?yàn)槿魏畏至?，磁場的機(jī)械公差或疊加公差將包含在編程輸出信號中，以便與磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁通量方向相對應(yīng)

應(yīng)用：

●用作液位傳感器，用于監(jiān)測液位

●傳感器檢測移動(dòng)浮子的位置，浮子上裝有磁鐵

●為自動(dòng)取放系統(tǒng)提供非常精確的位置公差

簧片和霍爾效應(yīng)提供高可靠性的數(shù)字傳感

工業(yè)自動(dòng)化用戶如果想驗(yàn)證某個(gè)對象（如電梯門）是否處于正確位置，則更喜歡數(shù)字輸出。以下數(shù)字傳感器在定制磁感應(yīng)應(yīng)用中提供卓越的可靠性：

簧片開關(guān)

簧片開關(guān)的觸點(diǎn)采用貴金屬觸點(diǎn)材料密封在玻璃管內(nèi)。 該電氣開關(guān)不需要任何電源即可操作。

優(yōu)點(diǎn)：

● 不受濕氣和其它環(huán)境危害的影響，可實(shí)現(xiàn)數(shù)百萬次循環(huán)的可靠運(yùn)行

應(yīng)用：

● 微處理器控制的邏輯級電氣負(fù)載

● 數(shù)字開/關(guān)應(yīng)用，例如工業(yè)/運(yùn)動(dòng)控制市場中的門關(guān)閉或位置檢測系統(tǒng)（因?yàn)樗鼈兛梢郧袚Q交流或直流負(fù)載）； 使用簧片開關(guān)進(jìn)行門關(guān)閉檢測的貨運(yùn)或乘客電梯門示例，請參見圖2

數(shù)字霍爾效應(yīng)傳感器

這些傳感器將霍爾效應(yīng)傳感元件與電路相結(jié)合，以提供與磁場變化相對應(yīng)的數(shù)字開/關(guān)輸出信號，而無需使用任何移動(dòng)部件。 霍爾效應(yīng)器件的有源電路始終會吸收少量電流。

優(yōu)點(diǎn)：

● 提供高可靠性

● 可編程為在給定的磁場公差下激活，以滿足精確的感測要求

應(yīng)用：

● 僅限于低直流電壓和電流值的工業(yè)和運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用

● 廣泛用于高速感測應(yīng)用，如輸送機(jī)上的轉(zhuǎn)速感測；用于檢測旋轉(zhuǎn)16極環(huán)形磁鐵的霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器示例，參見圖4

結(jié)論

工業(yè)自動(dòng)化和運(yùn)動(dòng)控制環(huán)境中存在著大量的環(huán)境危害。設(shè)計(jì)一個(gè)集成了強(qiáng)大磁傳感器的磁路是提供精確、可靠的工業(yè)自動(dòng)化解決方案的關(guān)鍵。對于某些工業(yè)應(yīng)用，可能需要一個(gè)定制的磁傳感器來實(shí)現(xiàn)長期的可靠性。簧片開關(guān)和霍爾效應(yīng)傳感器非常適合需要特殊可靠性的數(shù)字應(yīng)用，如電梯門關(guān)閉檢測系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)和線性霍爾效應(yīng)傳感器增強(qiáng)了自定義模擬應(yīng)用（如流體流動(dòng)和自動(dòng)取放系統(tǒng)）的穩(wěn)定性和精度。

作者：Ryan Sheahen，Littelfuse電子事業(yè)部磁傳感器產(chǎn)品全球產(chǎn)品經(jīng)理